煤氣化過程會產生大量含酚類、多環芳烴、硫化物、氰化物、礦物油等物質的廢水，是典型的有毒有害、難處理的工業廢水。利用微生物、生化法處理污水是污水處理中應用最廣泛的技術。魯奇氣化廢水成分復雜，又含有對微生物有毒有害的酚、礦物油、氰化物等有機物，利用生化法處理廢水時，微生物培養非常困難，特別是生化系統起始階段的微生物培養。目前國內生化技術處理魯奇氣化廢水，多采用稀釋法，低濃度起始，梯度式馴養，起始時間長，處理效率低。因此提高生化處理的效率，解決微生物對煤氣化廢水的適應性是當前魯奇氣化廢水生化處理的關鍵。
HWO生化處理技術是源自日本的一種生化處理新技術。該技術采用高活性微生物、微生物活化劑和微生物活化技術，利用廣譜型微生物菌種，通過篩選、活化、馴養、增殖，現場培養出生存能力強、抗逆性強、處理效率高的優勢微生物菌群，能提高微生物對有毒有害環境的適應性，從而提高微生物對難處理有機物的降解效率。因為HWO生化技術能夠有效地解決污水生化處理過程中的諸多難題，新疆凱旋新世紀環保科技有限公司嘗試利用HWO生化技術處理魯奇氣化廢水，考察了生化起始階段微生物相的變動情況，以便更好地掌握魯奇氣化廢水生化處理的關鍵控制點。
1、實驗
1.1 工藝及設備
生化工藝為厭氧+好氧1+好氧2+好氧3，厭氧段的容積為16L，其余工段的容積均為6L。設計各裝置處理水停留時間：厭氧處理為2.5d，其余各池停留時間約為1d。
厭氧工藝設備為2個獨立的有機玻璃圓柱狀容器，容積分別為12L和4L，在大容器中填充1.6L的HWO專用填料，填料只在其內部循環。2個容器上部有管道連接，底部采用循環泵循環連接，容器密閉，盡量避免與空氣接觸，容器上部設計有進料口、采樣口，下部設有排泥口。
好氧工藝設備有效容積為6L的敞口方罐，其內填充0.6L的HWO專用填料，罐底部有曝氣盤，攪拌器由頂部插入攪拌。
1.2 實驗方法
設定好氧第3池（生化處理最后一池）連續進水15d，同時CODcr的降解率達到70%以上時，為起始階段完成。
實驗采用河南義馬氣化廠魯奇煤氣化廢水為研究對象，起始階段廢水水質為（實時取樣，密閉封存）：CODcr為5581mg/L，總酚質量濃度為856mg/L，揮發酚質量濃度為151mg/L，礦物類油質量濃度為200mg/L。
起始條件：取原水16L注入厭氧裝置，再添加HWO厭氧微生物菌種48g，活化劑16mL，HWO填料1.6L，調整pH值至8.5，內循環2d后開始連續進水推流，推流量為6.3L/d，每5d補充添加16g的厭氧微生物菌種。厭氧裝置溫度控制在33℃~37℃。檢測ORP（氧化還原電位）值在-400~-480。
好氧段各池在推流水量至處理裝置水池一半時，按好氧池有效池容含水量的1‰，添加6gHWO好氧微生物菌種，并且每3d補充添加3g的HWO好氧微生物菌種。好氧裝置在常溫下運行。
實驗條件下檢測進、出水的CODcr值、ORP值以及pH值、DO值；實驗采用江西鳳凰BMC500系列生物顯微鏡鏡檢微生物相。
2、實驗結果
2.1 厭氧處理起始階段生物相變化
HWO技術條件下，高濃度魯奇氣化廢水在厭氧工段接種HWO厭氧微生物菌種后，厭氧處理起始階段生物相變化情況見圖1。由圖1（a）可知，起始24h即可觀察到大量以桿狀微生物為主的微生物群落活動，且微生物繁殖很快，72h后觀察到微生物數量大幅增加，主要還是以桿狀微生物為主，但已能觀察到有球狀以及其他性狀的微生物少量發生，見圖1（b）。厭氧處理的第10d微生物的構成和種類發生很大變化，不僅有桿狀微生物，還有念珠狀、球狀等多種微生物大量存在，見圖1（c），到第15d時，上述變化更為明顯，見圖1（d）。
2.2 好氧處理微生物相變化
原水經過厭氧處理后，推流進入好氧裝置，開始好氧處理。好氧處理階段生物相變化情況（放大640倍）見圖2。由圖2可知，好氧處理初期有相當數量的桿狀、球狀、念珠狀等多種形態的微生物活動和繁殖。與厭氧處理起始階段以桿狀微生物為主的發展方式不同的是，好氧處理起始階段的微生物種類更為復雜（見圖2（a）），活性也不盡相同。隨著時間的推移，大型的原生動物種類和數量都變多，特別是以殼蟲類、游泳型纖毛蟲、固著型纖毛蟲類、鞭毛蟲等原生動物為多見，也有其他尚不能辨識的多種環境微生物出現。從構成上來看，起始時水體內細小的微生物數量較多，殼蟲類和纖毛蟲類的微生物很明顯。特別是殼蟲類的微生物，在整個好氧起始階段都可以看到。隨著時間的推移，水體里的微生物數量變少，填料中的微生物增多，組成也相對復雜，微生物的構成相對成熟。
2.3 起始期間COD及主要污染物變化
起始階段結束后（好氧第三池進水第15d，開始進水后的第22d），對處理后出水的分析顯示，廢水中揮發酚質量濃度降至0.124mg/L，總酚質量濃度降至78mg/L，礦物油質量濃度降至3.48mg/L，處理出水的CODcr降至760mg/L，COD的降解率已經超過85%。
3、結果分析
3.1 起始階段微生物存活早，繁殖速度快
廢水中微生物存活早、繁殖速度快是HWO生化技術處理魯奇氣化廢水的一大特點。經酚氨回收后的魯奇氣化廢水中，一般都含有質量濃度300mg/L以上的酚和100mg/L以上的礦物油以及其他一些對微生物有毒有害的物質。根據現有的經驗，一般條件下微生物生存下來均需要較長時間，特別是厭氧微生物，培養起來需要數月甚至更長的時間。微生物生存環境差是煤氣化廢水生化難處理的主要原因。實驗中顯微鏡照片顯示，HWO生化技術條件下的厭氧微生物能夠克服高濃度酚和油的影響，24h內很快就適應了煤氣化廢水的惡劣環境，并快速增殖（見圖1（a））。微生物生存能力的這種變化，應該是HWO生化技術中的微生物菌種和微生物活化劑以及活化方法起了決定性的作用。微生物能夠存活并快速繁殖是生化法處理魯奇氣化廢水的最重要因素，將是提高魯奇氣化廢水生化處理能力的關鍵。
3.2 微生物種群復雜
好氧處理起始階段就可觀察到多種微生物，說明在HWO生化工藝條件下，可以有多種微生物適應魯奇氣化廢水的生存環境，或者說有多種微生物菌群能夠適應煤氣化廢水的惡劣環境（見圖2）。觀察還發現，微生物菌群結構隨著發生時間的變化而變化。厭氧狀態的微生物是比較單一的桿狀微生物，先發生，在先發生的微生物大量繁殖過程中，其他微生物得以發生并快速繁殖，然后不同微生物之間達到平衡，形成一個最適應煤氣化廢水生存環境的優勢微生物菌群。這個優勢微生物菌群的生存和發展，與初始微生物的生存能力以及由初始微生物造成的煤氣化廢水成分的變化有關系。
圖2顯示，好氧微生物也有類似厭氧微生物發展同樣的表現。HWO生化技術處理魯奇氣化廢水時，在好氧起始階段，微生物的種群短時間內發生了很大的變化。起始初期就觀察到有大量的微生物出現（見圖2（a）），其后微生物大量繁殖，第5d就記錄到了原生動物出現，起始結束時原生動物種類也非常豐富（見圖2（c）、（d）），處理水中出現了種類豐富的各種原生動物群體，說明此時的處理水質已趨于穩定。原生動物最早能觀察到的是殼蟲類和游泳型纖毛蟲類原生動物，其次是蓋蟲類等其他類型的原生動物。含有豐富原生動物的水體，特別是蓋蟲類等指示性原生動物的出現，說明處理的煤氣化廢水已經基本脫離了有毒有害的環境，水質已經大幅度變好。
3.3 魯奇氣化廢水處理可在高濃度條件下起始
實驗的顯微鏡照片顯示，HWO生化技術處理高濃度魯奇氣化廢水時，起始階段的微生物發生、發展狀態良好，數量大，種群結構豐富，活性高。與現有生化技術處理魯奇氣化廢水起始時原水需要稀釋到較低濃度，起始時間長（需要數個月），有害物質及COD的去除效率低相比，形成很大的反差。說明HWO生化技術能夠解決微生物在高COD、高含酚、含油、含多種有害有機物的煤氣化廢水的惡劣環境中生存的問題。從觀察到的現象來看，桿菌類微生物是魯奇氣化廢水厭氧生化處理段的標志性微生物，它對魯奇煤氣化廢水的惡劣環境的耐受性很強，它的生存為其他微生物和形成優勢微生物菌群打下了基礎。
根據實驗起始階段魯奇氣化廢水水質的變動情況，好氧段只經過15d，酚和礦物油就都降解到很低的水平，COD也降解到760mg/L，說明對于魯奇氣化廢水，生化處理最難的起始階段已經可以平穩起始，隨著微生物馴養時間的延長，微生物馴養水平的不斷提高，可以期待利用HWO生化技術處理魯奇氣化廢水取得更好的效果。
4、結語
HWO生化處理技術有效地提高了魯奇氣化廢水中微生物的生存效率和生化處理的效率。從厭氧和好氧條件下起始階段的微生物照片來看，HWO生化條件下接種的微生物存活早、繁殖速度快、種群結構復雜，在高濃度條件下，能夠快速起始，對于提高魯奇氣化廢水生化處理效果，開發魯奇氣化廢水生化處理新工藝，從根本上處理好煤氣化廢水很有意義。
在魯奇氣化廢水好氧處理的過程中，殼蟲屬微生物的出現時間早，整個起始期都能觀察到，殼蟲屬微生物在好氧處理起始階段非常明顯的存在表示了何種意義，尚不十分清楚，需要更深入研究。（來源：新疆凱旋新世紀環保科技有限公司）
